TU Chemnitz
Graphendrähte leiten Elektronen ohne Erwärmung
Leiterbahnen ohne elektrischen Widerstand würden Erhitzungsprobleme entschärfen und aktuelle Miniaturisierungsgrenzen und Taktfrequenzlimits elektronischer Bauelemente aufheben. Chemnitzer Wissenschaftlern und Kooperationspartnern gelingt mit Siliziumcarbid-Kristallen ein Schritt in diese Richtung.
Sogenannte ballistische Drähte haben Wissenschaftler der TU Chemnitz, der niederländischen Universität Twente und des MAX IV Laboratory im schwedischen Lund erstmals hergestellt und umfassend charakterisiert. Durch das Erhitzen von nanostrukturierten Siliziumcarbid-Kristallen bilden diese an den Kanten kleinste, nur ein Atom »dicke« Lagen aus Kohlenstoffatom-Waben.
Aus diesen gebildete »ballistische Drähte« haben faszinierende elektrische Eigenschaften: »Das Besondere daran ist, dass die Elektronen diese winzigen Drähte passieren, ohne sie zu erhitzen – und das im Idealfall unabhängig von der Drahtlänge«, so Prof. Dr. Christoph Tegenkamp, Inhaber der Professur Analytik an Festkörperoberflächen der TU Chemnitz.
Mit Rasterkraft- und Multitip-Rastertunnelmikroskopie wurden die benachbarten Quantentransportkanäle im Detail vermessen und sogar unter Raumtemperatur und -atmosphäre direkt auf der Nanoskala abgebildet. »Das Überraschende für uns war, dass wir nun sogar mehrere, dicht beieinanderliegende Kanäle auf einem Draht identifizieren konnten, die sich gegenseitig nicht beeinflussen«, erklärt Johannes Aprojanz weiter, der das Thema in seiner Doktorarbeit an der TU Chemnitz bearbeitet.
Die Effekte führt das internationale Forscherteam auf eine asymmetrische Wechselwirkung der Ränder mit dem Substrat zurück, die auch für topologische Effekte in anderen 2D-Materialen interessant sein könnte und bei Designs künftiger Quantenbauelemente eine Rolle spielen könnte. Tegenkamp erklärt: »Damit stoßen wir das Tor zu Computern, sie sich kaum noch erwärmen, ein Stückchen weiter auf.«
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